O parafuso hidráulico inventado por Arquimedes (287 – 212 AC) conduziu ao desenvolvimento das travas rosqueadas, hoje comuns a toda tecnologia de montagem. Elas são tão comuns, que são aceitas sem uma análise mais detalhada de sua função. As duas principais causas de falha em uma montagem rosqueada são:

  • perda de tensão, e
  • auto-afrouxamento

Como evitar falhas em montagens com parafusos

Uma montagem de parafuso sempre está submetida à várias forças e torques

Perda de tensão

Uma montagem rosqueada afrouxa quando ocorre uma alteração permanente no comprimento do parafuso no sentido de seu eixo, quando o próprio substrato afrouxa como em superfícies vedadas de flanges, ou quando ocorrem alterações de temperatura. Isto reduz a tensão do parafuso e, portanto, reduz a força de aperto residual. As alterações permanentes no comprimento podem ser reduzidas por:

  • Assentamento – A rugosidade das superfícies das partes adjacentes (por exemplo, porca, arruela) tornam-se menos acentuadas sob a pressão de tensão do parafuso.
  • Deformação – A pressão na superfície do material que apóia o parafuso ou a porca ultrapassa a resistência à compressão do material.

Como evitar a perda de tensão

Se a elasticidade de montagem puder ser aumentada, para que a quantidade esperada de assentamento e deformação possa ser compensada, a queda na força de pré-tensão será adequadamente evitada. Isto é possível com:

  • parafusos com alta razão l/d ( l = comprometimento do parafuso, d = diâmetro do parafuso);
  • parafusos e porcas com assento, que reduzem a pressão superficial e, desta forma, o assentamento nas superfícies de apoio;
  • parafusos com arruela mola ou arruela com apoio cônico;
  • arruelas cônicas ou mola-prato;

Auto-afrouxamento

Após o procedimento de aperto, a carga de compressão é mantida pela pré-carga no parafuso. Isto ocorre porque o parafuso foi alongado como uma mola e a tensão atua de modo a puxar a porca contra a cabeça do parafuso, comprimindo os componentes. Depois que o torque de aperto é aplicado, a tensão tende a soltar a porca do parafuso. O atrito nas roscas e sob a cabeça do parafuso e porca se opõem a esta força, mantendo a tensão no parafuso.

Se o sistema de travamento for submetido a cargas cíclicas ou a vibração, o efeito de travamento causado pelo atrito se tornará menos efetivo, permitindo que a porca gire em relação à rosca, perdendo sua tensão. As vibrações podem ser no sentido longitudinal ou transversal ou, ainda, uma combinação de ambos. As vibrações transversais devido as cargas horizontais cíclicas são muito mais prejudiciais e podem rapidamente afrouxar um parafuso padrão. Forças longitudinais devido às cargas de pulsação axiais conduzirão a um afrouxamento menor.

Como evitar o auto-afrouxamento

As seguintes medidas podem prevenir o afrouxamento não desejado de parafusos (desde que efetuadas corretamente):

  • A utilização de parafusos com alta resistência a tração permite que forças de pré-tensão suficientemente elevadas previnam o movimento relativo.
  • O projeto que aumenta a razão l/d ( l = comprimento do parafuso, d = diâmetro do parafuso) aumenta também a elasticidade da montagem. (Como boa prática, uma razão l/d > 6 é considerada ideal).
  • O atrito pode ser aumentado através do acabamento superficial e da estrutura nas superfícies de apoio do parafuso e da porca.
  • Aplicando-se adesivo, o grau de liberdade para movimentos laterais é eliminado, pois as folgas entre as roscas são completamente preenchidas e, ao mesmo tempo, o atrito da rosca é aumentado após a cura do adesivo.
  • Criando-se uma montagem positiva (por exemplo, parafusos de ajuste fixo, pontos de solda), o deslizamento na rosca pode ser limitado.

Como evitar falhas em montagens com parafusos

Adesivos anaeróbicos são uma das formas mais avançadas e confiáveis para evitar o auto-afrouxamento.

Os tipos e métodos de travamento de rosca podem ser subdivididos em três grupos:

O método de assentamento:

Aumentando a elasticidade da montagem, compensa-se o assentamento após a montagem. Desta forma, a força pré-tensionada é amplamente retida e a perda de tensão da montagem rosqueada é evitada. Contudo, este método de assentamento não evita o auto-afrouxamento da montagem rosqueada quanto a movimentos relativos entre as partes tensionadas. As arruela-molas e as cônicas são exemplos de métodos de assentamento. O efeito de travamento de outros elementos, por exemplo, arruelas de pressão, arruelas elásticas, arruelas dentadas e/ou serrilhadas, é inadequado.

Elementos que evitam a desmontagem:

Os elementos para evitar a desmontagem permitem um afrouxamento ou um desaperto parcial, mais evitam que a montagem rosqueada solte-se por completo. Por exemplo: porcas castelo, cupilhas, parafusos com insertos de metal ou plástico. Frequentemente estas técnicas evitam a desmontagem, porém não são eficazes na conservação da carga de compressão.

Dispositivos que evitam o auto-afrouxamento

Tais dispositivos além de evitarem o auto-afrouxamento, também evitam que a montagem se solte. Incluem:

  • parafusos e porcas serrilhados
  • parafusos com flange nervurada
  • adesivos

Mas nenhum destes métodos é eficaz como o uso de Trava Roscas Loctite

Trava Roscas líquido Loctite®

A Henkel, através da marca Loctite® desenvolveu adesivos líquido mono-componentes que preenchem completamente as folgas entre as roscas. Eles curam transformando-se num plástico termostático, resistente e sólido, quando entram em contato com metal e na ausência de ar. O adesivo cria uma conexão interfacial, ancorando-se na rugosidade da superfície, evitando assim, qualquer movimento das roscas. Desta maneira, o problema é solucionado aonde ele surge: nas roscas. Esta é a razão pela qual as travas de rosca Loctite® estão entre os meios mais eficientes de travamento dos elementos de fixação.

É importante que o comprimento total da rosca esteja em contato com o produto e que não haja restrições a cura do adesivo. (Contaminação por óleos ou sistemas de limpeza podem impedir ou até mesmo evitar completamente a cura de adesivos anaeróbicos).

Como evitar falhas em montagens com parafusos

Se o adesivo for aplicado no fundo do furo cego, a compressão permitirá sua distribuição uniforme pela montagem.

O adesivo líquido pode ser aplicado manualmente ou com auxílio de equipamentos de aplicação/dosagem especiais. A aplicação adequada do adesivo na rosca depende dos seguintes parâmetros: tamanho da rosca, viscosidade do adesivo e geometria das peças. Se as peças forem de grandes dimensões, a aplicação do produto em ambas as faces garantirá a confiabilidade necessária do adesivo. Com roscas de furo cego, é essencial que o adesivo seja aplicado no fundo do furo. A quantidade deve ser tal que, após a montagem, o adesivo deslocado preencha o comprimento total da rosca.

Como evitar falhas em montagens com parafusos

Distribuição das forças em um parafuso pré-estressado, em posição neutra

Efeito das forças, sob carga de vibração

Alguns trava-roscas anaeróbicos ajudam a controlar o coeficiente de atrito da rosca. Os valores são comparáveis aos dos parafusos oleados. Essa propriedade permite que os trava-roscas anaeróbicos sejam integrados em linhas de produção automáticas, usando o equipamento de montagem existente. Notar, entretanto, que a pré-tensão e o torque de montagem necessitam ser definidos.

No próximo post, abordaremos dicas para escolha do parafuso mais adequado e o dimensionamento das cargas para cada projeto. Não perca!